堆石混凝土技术在巴基斯坦AZAD PATTAN水电站项目围堰工程中的应用

杨 敏

(中国葛洲坝集团第三工程有限公司,陕西 西安 710000)

1 堆石混凝土和自密实混凝土

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,简称SCC)是指在浇筑过程中无需施加任何振捣,仅依靠混凝土自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙并且不发生离析泌水的混凝土。

自密实混凝土充填堆石体施工工艺,是采用自密实混凝土代替高速流动砂浆,将一定粒径的堆石直接入仓,形成有空隙的堆石体,然后从堆石体上部倒入自密实混凝土,利用自密实混凝土的高速流动抗分离性能,使自密实混凝土依靠自重自动填充到堆石的空隙中,形成完整、密实、有较高强度的混凝土；这样形成的混凝土成为堆石混凝土(Rock Filled Concrete,简称RFC),如图1所示。

图1 自密实混凝土充填堆石体形成堆石混凝土示意图

堆石混凝土简而言之就是用自密实性能优良的自密实混凝土充填堆石体形成的致密混凝土,它由大块的堆石和带有小骨料的自密实混凝土构成。该混凝土的堆石界面与专用自密实混凝土的胶结致密浑然一体,其强度、抗渗、密实性能等指标完全达到工程技术要求标准。

堆石混凝土由清华大学金峰教授和安雪晖教授在2003年提出,是清华大学所有的国家专利技术,现已成功在山西清峪水库、安徽大龙谭水库、山西恒山水库、山东蒙山水库、黑龙江罗家店水电站、黑龙江东升水电站、甘肃吉利水电站、新疆布尔津山口水电站、江西浯溪口水电站、金沙江向家坝水电站、河南国网宝泉抽水蓄能电站、兰新线铁路第三标段等工程中得到应用。

2 工程概况

巴基斯坦Azad Pattn水电站工程(以下简称“本工程”)位于巴控克什米尔地区与旁遮普省交界的杰卢姆(Jhelum)河上,坝址落于Azad Pattn大桥上游7公里附近,本工程与首都伊斯兰堡相距约90km,是杰卢姆河梯级水电开发中的第三级,以发电为主。

本工程坝址多年平均流量814.3m3/s,水库正常蓄水位526.00m,水库库容1.119亿m3,水库面积约3.8km2。装机四台,总装机容量为700.07MW,引水流量1260m3/s。本工程枢纽主要由右岸导流洞、碾压混凝土重力坝、左岸引水发电系统组成,其中地下厂房共布置四台混流式机组。

本工程坝址地处亚热带季风气候区,杰卢姆流域内的气候可以分为四季,12月～2月东北季风季节、6月～9月西南季风季节和3月～5月、10月～11月的过渡期。年内降雨分配受地形和季节影响,时空分布不均,年内以6月～9月降雨量较大,年际间变化也较大。本工程定义杰卢姆河汛期为3月～9月,杰卢姆河枯水期为10月～翌年2月。

3 导流建筑物

3.1 导流建筑物标准

本工程水库库容1.119亿m3,电站总装机容量700.7MW,年发电量为30.13亿度。根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),本工程等别为II等,工程规模为大(2)型,其主要建筑物为2级,次要建筑物为3级。

导流建筑物级别按《水电工程施工组织设计规范》(DL/T5397-2007)的规定执行。根据围护的永久建筑物等级、失事后果、围堰使用年限和规模,确定导流建筑物级别。本工程导流保护对象为2级永久建筑物,故选定本工程导流建筑物的级别为4级。

3.2 导流建筑物设计

根据枢纽布置方案,上游围堰布置在坝轴线上游约65m处,为堆石混凝土围堰,堰顶高程475.00m,最大堰高30.00m,堰顶宽5.0m,堰顶长75.5m。围堰上游边坡为1∶0.33,下游边坡为1∶1.0,。考虑到施工需要,围堰下游坡面为台阶式,围堰基础采用帷幕灌浆防渗。围堰典型横断面如图2所示,图中高程与尺寸单位均以m计。

图2 堆石混凝土围堰典型横断面

4 堆石混凝土施工

本工程堆石混凝土施工工艺主要包括堆石料选取、仓面处理、堆石料入仓、堆石混凝土模板、自密实混凝土生产与浇筑、堆石混凝土养护。

4.1 堆石料选取

堆石混凝土宜使用新鲜、完整、质地坚硬、无剥落层和裂纹的石料作为堆石料,堆石料的饱和抗压强度应满足表1的要求。

表1 堆石料的饱和抗压强度要求

在本工程弃渣场内或冲沟内选取粒不小于0.3m的开挖毛料或卵石、漂石,同时最大粒径不应大于结构断面最小边长的1/4,也不宜大于浇筑层高。选取过程中需对堆石料进行冲洗,冲洗干净的堆石料码放整齐备用。

4.2 仓面处理

围堰建基面上的杂物、泥土及松动岩石均应清除、冲洗干净,并排净仓内积水,处理完毕经验收合格后才能进行下一道工序。

如遇建基面为易风化的岩石,在模板安装前,浇筑一层厚约0.3m的常态混凝土垫层于建基面之上,形成仓面基础。

4.3 堆石入仓

对检查合格的堆石料,采用挖掘机配自卸车运输至施工部位,再利用挖掘机进行入仓、平仓。堆石料入仓前利用高压水枪二次冲洗,确保堆石料干净入仓。堆石料在建基面入仓前,在建基面上浇筑一层0.5m厚的自密实混凝土或其他常规混凝土,并在混凝土初凝前将堆石料抛入其中,以确保堆石混凝土与基础胶结良好。

在上一仓面的堆石混凝土抗压强度达到2.5MPa前,不得进行下一仓面的准备工作。

仓内的堆石料遵循“下大上小、中大外小”的原则进行码放,仓内堆石体与四周模板应至少预留0.1m的间距作为保护层。堆石分层的厚度根据现场生产性试验确定,最大厚度不宜超过2m。

4.4 堆石混凝土仓面设计

堆石混凝土的浇筑层厚以1.5m～2m为宜,经研究论证后浇筑层厚可以适当增加。围堰横缝间距以20m～30m为宜,围堰不设置纵缝。

4.5 堆石混凝土模板安装

堆石混凝土模板主要采用散装钢模板,局部边角、异形部位采用木模板补缝。因自密实混凝土流动性高,在模板接缝处粘贴密封条,以保证模板密封性好。无论是采用钢模板或木模板,模板接缝主要是以保证不漏浆为原则。

为减少钢模板在现场的安装时间,提高模板施工技术水平,加快现场施工进度,可考虑用厚度不小于6mm的钢板在金属加工厂内提前制作成尺寸为1 m×8m的大模板。

现场拼装大模板时缝隙需不大于2mm,在其强度和刚度能抵抗混凝土产生的侧向压力。模板拉条周边宜采用人工平仓,堆石完毕后对模板进行校正。

4.6 自密实混凝土生产与浇筑

拌制自密实混凝土的材料,必须严格按混凝土配料单进行配制,不得擅自更改配料单。配料采用强制式搅拌机拌和,搅拌时间应根据混凝土配合比、气温、混凝土出机状态等因素综合确定。

自密实混凝土的搅拌顺序：先将称量好的骨料和胶凝材料分别投入搅拌机中干拌,在加入水和外加剂后继续搅拌1分钟以上(气温小于15度时,搅拌时间不低于90秒)。在出机口进行自密实混凝土流动性与扩散度测试,待其工作性能达到要求时方可出机。

与生产常态混凝土相比,自密实混凝土应适当延长搅拌时间。生产过程中应检测骨料的含水率。每个工作班次应进行不少于2次检测。当含水率有显著变化时应增加测定次数,并应依据检测结果及时调整用水量及骨料用量。

由于自密实混凝土的流动性对于浇筑效果有很大影响,因此混凝土出机后必须在半小时内完成浇筑。浇筑时自密实混凝土的最大自由下落高度不宜超过3m,自密实混凝土的浇筑点应均匀布置,间距宜为3m～5m。浇筑点可采用“Z”字形、“N字形”布置,但不应重复使用。

混凝土浇筑收仓时,除表层自密实混凝土外,每一仓的浇筑顶面留有块石棱角,块石棱角应高出自密实混凝土顶面约5cm ～20cm,以省去混凝土凿毛工序,也便于与下一仓的自密实混凝土胶结,浇筑完毕的仓面宜倾向上游。

4.7 堆石混凝土养护

堆石混凝土浇筑完毕后应及时洒水养护,在养护期内应保持堆石混凝土表面湿润。

5 结论

堆石混凝土概念在2003年提出,至今已在水利、公路、铁路等类型工程的实践中证明该技术的可行性。

本工程通过此技术的应用,大量使用石方开挖料、当地冲沟漂石,减少水泥用量,降低造价成本,为项目争创收入发挥重要作用。

堆石混凝土施工技术简单,施工速度快,施工效率高,综合单价低,同时兼具绿色环保特性,是一项值得在水利工程上推广应用的技术。

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